浅谈塑胶网罩设计

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摘要：为使带塑胶网框的音箱即有良好的音质，协调的外观，又有低廉的价格，我们使用科学的计算方法，把网框的弧面与网框开孔的大小紧密的联系起来，使得网框的开孔率最高、结构最稳靠、外观最优化、价格更低廉、加工更快捷。以往的网孔设计，大多数设计者都是凭经验、凭感觉来设计网孔的形状与大小，特别是对于弧面半径较小的网框，设计者如果用比较保守的尺寸来设计，使得音箱的网孔偏小，开孔率偏低，造成影响音质，且因网框的单件重量偏重，而影响整机的生产成本；如果设计着网孔设计太大，则会造成编网布后外观显露网格，影响外观的问题。所以，发现、研究并汇总现有成功或者不成功的网孔设计，来规范后续设计的准则。此篇文章以最大孔率为前提，来研究网框弧面的大小与网孔的排布、尺寸等问题。

关键词：开孔率；正菱形；弧面网框；网孔；显露网格；孔间距；阵列

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

1.设计网框开孔之前，首先要确定网格的形状及方向

1.1音箱类的网框开孔，我们以正菱形的孔型为标准孔型，其形状不但保证了较大的开孔率，还比较节省塑胶的用料，更缩短了网框模具的加工时间；开孔率是指网框上有效网孔的面积总和占网框总面积的百分率。音箱网框的开孔率理论上是越大越好。

其计算公式如下： K=S2/S1 × 100%

式中：K—开孔率（%） S2—网孔的面积总和（mm2） S1—网框总面积（mm2）

1.2 正菱形的长轴侧应该垂直弧面的方向，而短轴侧应该平行于弧面的方向，我们以710380 01501系统中使用的低音网框组WT0518001012来示意：

图一图二

图二是一个网孔长短轴方向开错的例子——网格长轴侧不应该顺着弧面的方向：上我们所说的正菱形，是以每边长度相等，锐角的夹角为60°，钝角的夹角为120°的菱形。如图三所示：

图三 图四

2. 确定网格间的平行间距D2及单独网格开孔的平行间距D1，如图四所示：

2.1 我们一般以塑胶网框的壁厚，暂时模拟作为网格间的平行间距D2值（后续再在结果中调整此值）；

2.2 在Pro/E绘制过程中，只要确定了一个正菱形两对边的平行距离D1值，设定了120°的夹角和四边相等的约束，其菱形的长短轴尺寸B1、A1也就相应确定了（Pro/E绘制界面中不显示尺寸数值）。而D1值由网框弧面的外形与大小来确定。

2.3 当网框的开孔面为平面时，D1值可以相应取得较大，或者网框中部有喇叭的区域全部避空处理；

2.4 当网框的开孔面为规则弧面时，D1值可由弧面的半径R值和网框边缘未开孔的宽度JK（图五），按照下表的数据取值：

3. 以下是上表已知条件的定义：

在图五所示的网框横截面近似示例中，网框的半径R值可以由客户提供的3D文件中测取，所以OE=OG=OK=R；网框边缘未开孔的宽度JK的取值，一般由网框的结构强度来定值，另外模具的加工也要求此处必须要有，至少8mm以上的距离，我们先用上表中R值所对应的JK值来计算，JK的具体取值情况要看具体网框的尺寸及网框的安装方法来确定。

为了模具加工的简单化，我们一般在绘制网孔时，都采用一个正菱形呈三角形填充方式的阵列，所以从网框的正前方看，每个网框的大小一致。但在实物上，因为网框弧面的存在，网孔越靠近分型面的地方，正菱形对角点到点的距离EG越大于正菱形短轴EF（即是A1）的尺寸，所以这样就越容易出现显露网格的情况。经过多个网框实物的对比校验，我们得出一个经验：当网布塌陷距离MN>0.3时，就开始出现显露网格的情况，所以我们以MN=0.28 来设定网布塌陷极限。

图五 3.1 以下是上表的A1、D1值计算方法：

在GOJ中，∠JGO=ARCSIN(OJ/OG)=ARCSIN((R-JK)/R)

在MGO中，∠MGO=ARCSIN(OM/OG)=ARCSIN((R-MN)/R)

∠MGF=180-∠JGO-∠MGO= 180-ARCSIN((R-JK)/R)- ARCSIN((R-MN)/R)

在EMO中， =

在EFG中，EF=EG×SIN∠MGF=2×EM×SIN∠MGF

=2××ARCSIN(180-ARCSIN((R-JK)/R)- ARCSIN((R-MN)/R))

D1=EF×SIN60°

3.2 以下是网框半径R值计算方法：

在客供的图纸中测取网框部分的弦长W和弓高H，求网框半径R：

在图六的NPR中，H+P=R；N=W/2；

所以按照勾股定理：R2=N2+P2推出：

R2=(R-H) 2+(W/2) 2

R2=R2-2RH+H2+W2/4

2RH=H2+W2/4

R=H/2+W2/(8H)

图六

当网框的弧面不是规则圆弧时，我们要以网框两侧端点做内切网框弧面的圆，以此来作为特殊规格网框时的半径。

我们以两个实例来说明：

3.2.1 失败范例：

系统710130 03515（DC580）中使用的网框WG0924001010S如图七所示：

网框外观曲面由客户提供，其网框的弧面非正圆弧面，在开孔尺寸完全靠经验取值的前提下（初始设计为对边平行距D1为10mm，网格间的平行间距D2为2mm，整列长轴侧中心距为24.01，网孔到边的平行距离为11.86），整列后开孔率用Pro/E直接测取，开孔前网框表面积为279700mm2，开孔后网框表面积为146700mm2，因开孔率为47.5%达到设计要求，所以就按照这样的图纸直接开模了。但开模的样品编布后因客户不接收其外观显露网格，所以只有连接正菱形的短轴测才得以解决（修改后的网框表面积为157000 mm2，仍然可以达到开孔率要求）如图八所示。

现在我们来分析一下此网框的失败原因：

当D1=10，D2=2，R=117.5，JK=11.86，B2=24.01时，网布塌陷的实际值MN=0.389mm。其外形按照新规定的范围，正确的值应该是：

所以，从这个设计中我们可以得到经验教训：

1）网框的开孔率一般很容易达到设计要求；2）设计大的开孔率可能会不符合外观的要求；3）找出网孔内网布最大的、目视可接收的塌陷值，是确定网孔大小的重要条件。

3.2.2 临界范例：

系统710130 03518（DCM5090）中使用的网框WG0930001010S如图九所示：

网框外观曲面由客户提供，其网框的弧面非正圆弧面，且网框的外形呈上大下小的倒圆锥型，其网框开孔尺寸吸取DC580失败的经验，取值如下：

其开模样品编布后网格基本看不到网格，或者说介于显露网格的边缘状态，所以我们规定网布设计的塌陷值为0.25，且最大值不能大于0.28，以作为保险系数。

另外，我们也可以由此例可知，我们要以网框圆弧R值较小的，前面外观面的、顶部的、靠近两侧分型面的、容易使网布塌陷的网孔作为设计参考。在保证外观及声学要求的前提下尽量加大网格的大小。

3.3 确定好D1、D2的尺寸后，我们可以开始以一个正菱形为母型的阵列。在Pro/E阵列的命令中，我们选取三角形填充的方式，阵列的中心距离根据D1、D2数据的不同而不同——且此数据为作图之重要数据。

A、以下是网孔间平行间距D2=2.5时，多种网孔大小的阵列参考输入数据：

B、以下是网孔间平行间距D2=3.0时，多种网孔大小的阵列参考输入数据：

求阵列两方向中心距的方法：

已知网孔正菱形对边平行距离D1，网孔间平行间距

D2，求长轴侧相邻菱形中心距B2：

B2=B1+2TV；B1=2D1；QU=D2

在QVT中：COS∠QVT=TV/QV

其中：∠QVT=(180°-2×60°)/2=30°

在QVU中：SIN∠QVU=QU/QV

其中：∠QVU=180°-120°=60°

所以推出：

TV=QV×COS∠QVT

=QU×COS∠QVT/SIN∠VUT

=QU=D2

B2=B1+2D2

A、已知网孔正菱形对边平行距离D1，网孔间平行间距

B、D2，求长轴侧相邻菱形中心距A2：A2=A1+2QT；TV=D2

在QVT中，QT=TV ×TAN∠QVT=D2×TAN 30°

所以推出：A2= A1+ D2×TAN 30°

3.4 当完成以上计算，并实施整列操作后，设计者应该再对阵列前后网框的面积做出统计，以便核准网框的开孔率是否能达到声学的要求。

参考文献：

[1]《几何瑰宝》哈尔滨工业大学出版社 主编：沈文选，杨清桃

[2]《工程力学》高等教育出版社 主编：范钦珊

[3]《弹性力学》高等教育出版社 主编：徐芝纶